Подвеска служит для смягчения и поглощения толчков и ударов, возникающих при движении автомобиля по неровной дороге.
На грузовых автомобилях применяют зависимые подвески, при которых оба колеса одного моста имеют упругую связь с рамой. При наезде одного колеса на неровность его перемещение относительно рамы передается другому колесу.
На автомобилях различают переднюю подвеску, связывающую передний мост с рамой и заднюю подвеску, которая соединяет с рамой одновременно промежуточный и задний мост.
Передняя подвеска рассматриваемых автомобилей (КамАЗ-4310, Урал-4320, ЗИЛ-131) зависимая, рессорная, с телескопическими амортизаторами.
На автомобиле КамАЗ-4310 эта подвеска состоит из двух продольных полуэллиптических рессор 12 (рис. 126) с деталями крепления, четырех опорных кронштейнов 9 и 23, четырех резиновых буферов 4 и 6, двух амортизаторов 13. Каждая рессора набрана из 15 листов разной длины, изготовленных из упругой стали. Верхний самый длинный лист называется коренным, он имеет прямоугольное сечение, остальные — Т-образное. В каждом листе выполнена выдавка, которая входит в углубление нижележащего листа, тем самым листы фиксируются от продольных смещений. От поперечных смешений листы удерживаются хомутиками.
В среднем части рессора с помощью двух стремянок крепится к балке моста. Между рессорами и мостом устанавливаются проставки 18.
На переднем конце коренного листа крепится ушко 22, в которое запрессована втулка 21. С помощью пальца 20 передний конец рессоры закреплен в кронштейне 23 рамы. Трущиеся поверхности втулки и пальца смазываются через пресс-масленку 19.
Задний конец рессоры скользкий, опирается на кронштейн 9 через наклепанную на коренной лист накладку 10. В кронштейне установлен сменный сухарь и боковые вкладыши, закрепленные стяжным болтом, на который надета втулка. Конец второго листа рессоры изогнут, тем самым он удерживает рессору от выпадения из кронштейна при провисании моста.
При наезде колеса на препятствие рессора выпрямляется и удлиняется, при этом накладка 10 коренного листа скользит по сухарю заднего кронштейна. Энергия удара поглощается рессорой и не передается на раму. При больших прогибах рессора сначала касается дополнительного буфера 8, а затем упирается в основной буфер 4. Дополнительный буфер ограничивает прогиб заднего конца рессоры и уменьшает поворот переднего моста вверх при торможении автомобиля. После съезда колеса с препятствия рессора принимает первоначальную форму, рама с закрепленными на ней агрегатами и кузовом совершает колебания, которые гасятся амортизаторами. Толкающий тормозные усилия передаются от моста на раму через рессору и детали ее крепления.
Передняя подвеска автомобиля Урал-4320 имеет аналогичное устройство. Отличие, кроме размеров и форм деталей, состоит в следующем: рессора набрана из 10 листов, из которых два верхних имеет одинаковую длину, а на заднем конце загнут третий лист; основной резиновый буфер закреплен вместе с накладкой к средней части рессоры, задние кронштейны рессор соединены между собой стяжкой.
У автомобиля ЗиЛ-131 передняя подвеска имеет такое же устройство, как и на автомобилях КамАЗ-4310 или Урал-4320. Передние рессоры имеют по 17 листов у автомобилей с лебедкой и по 15 листов у автомобилей без лебедки. Основной буфер закреплен в центре рессоры.
Основными, частями амортизатора (рис.127) являются корпус 16, рабочий цилиндр 17, кожух 2, поршень 14 со штоком 18, клапан сжатия 10, клапан отдачи 7, перепускной клапан 5, впускной клапан 9. Рабочий цилиндр размешен внутри корпуса, снизу к нему приварено основание, а сверху цилиндр закрывается направляющей штока. Внутри цилиндра перемещается поршень, соединенный со штоком. В поршне имеется два ряда отверстий, расположенных по окружностям. Отверстия 6 на большом диаметре закрываются перепускным пластинчатым клапаном 5, отверстия на меньшем диаметре 15 перекрыты снизу тарелкой клапана отдачи 7. В основании цилиндра имеется один ряд отверстий по окружности, которые закрываются сверху впускным клапаном 9. В центре основания расположен клапан 10 сжатия.
Пространство между цилиндром и поршнем называется резервной полостью, вместе с рабочим цилиндром она заполнена жидкостью.
Выход штока из цилиндра уплотняется резиновым сальником 3. Между обоймой сальника и направляющей штока установлен сальник 4, уплотняющий резервную полость.
Работа амортизатора. При плавном ходе сжатия поршень перемешается вниз, под ним создается давление, за счет чего открывается перепускной клапан 5 на поршне, и жидкость перетекает в пространство над поршнем. Вся жидкость из-под поршня не может перетечь в пространство над поршнем, так как часть объема выше поршня занимает шток. Поэтому часть жидкости через приоткрывающийся клапан сжатия 10 перетекает в резервную полость.
При резком сжатии под поршнем создается большое давление, клапан сжатия открывается на большую величину. Жидкость перетекает через клапан 5 в пространство над поршнем и через клапан 10 в резервную полость.
При плавном ходе отдачи давление создается в пространстве над поршнем. Жидкость перетекает через отверстия 15 и щели в клапане отдачи 7 в пространство под поршнем. Одновременно в это же пространство поступает жидкость из резервной полости через впускной клапан 9.
При резком ходе отдачи давление над поршнем возрастает быстро. Жидкость, преодолевая усилие пружины, открывает клапан 7 и проходит в пространство под поршнем. Одновременно часть жидкости из резервной полости проходит через впускной клапан 9 в пространство под поршнем.
Во всех случаях при перетекании жидкости через узкие отверстия клапанов создается трение жидкости о стенки отверстий и между ее слоями. За счет этого трения и гасятся колебания рамы. При трении выделяется теплота, поэтому исправно работающий амортизатор должен быть теплым.
Задняя подвеска (рис. 128) трехосных автомобилей зависимая, рессорная, балансирная. Основными частями такой подвески являются две перевёрнутые рессоры 5, два балансира, две оси 13 (на автомобилях Урал-4320 и ЗиЛ-131 — одна общая ось), два кронштейна б осей, два кронштейна задней подвески, шесть реактивных штанг 10, 11, 14, четыре резиновых буфера.
Ось 13 запрессована в кронштейн 6, который закреплен шпильками к кронштейну 15, последний крепится болтами к лонжерону рамы. По концам осей 13,на двух втулках каждый, устанавливаются балансиры 12. От осевых смешений балансир фиксируется разрезной гайкой, стянутой болтом. Смазка трущихся поверхностей балансира осуществляется маслом, заливаемом через верхнее отверстие в крышке балансира, слив масла — через нижнее отверстие, -отверстия закрываются пробками. Со стороны кронштейна б балансир уплотняется сальником и резиновыми кольцами.
Рессора в средней части крепится к балансиру двумя стремянками 7. Концы рессор устанавливаются свободно в кронштейнах балок мостов.
Резиновые буфера, прикрепленные к лонжеронам рамы, ограничивают ход мостов вверх и смягчают удары балок о раму.
Реактивные штанги служат для передачи толкавших и тормозных усилий от балок мостов на раму, они также воспринимают от мостов реактивные моменты, возникающие при трогании с места или торможении. Каждый мост имеет по три штанги — одну верхнюю и две нижние. Штанга состоит из стержня и двух головок. На автомобилях КамАЗ-4310 и Урал-4320 в головках штанг установлены шаровые пальцы с вкладышами и пружиной, головка закрывается крышкой. Для смазки трущихся поверхностей шарнира в головке имеется пресс-масленка. На автомобиле ЗиЛ-131 в головке установлен шаровой палец и обойма с вкладышами. Вкладыш изготовлен из тканой ленты, пропитанной специальным составом. Шарнир уплотнен резиновым чехлом. В процессе эксплуатации шарниры реактивных штанг на этом автомобиле смазки не требуют.
Реактивные штанги крепятся к кронштейнам подвески и рычагам мостов.
При балансирной подвеске оба моста образуют общую тележку, которая может качаться вместе с рессорами на оси и, кроме того, вследствие прогиба рессор каждый мост может перемещаться независимо, что обеспечивает хорошую приспособляемость колес к неровностям дороги.
Устройство подвески грузового автомобиля
Подвеска осуществляет упругую связь рамы или кузова автомобиля с мостами или непосредственно с колесами, смягчая толчки и удары, возникающие при наезде колес на неровности дороги.
Устройство подвески грузового автомобиля:
упругие элементы;
направляющие устройства;
гасители колебаний;
стабилизаторы поперечной устойчивости.
У стройство ходовой части — это раздел в котором
вы найдете информацию о подвеске автомобиля,
кузове, раме, колесах, балках мостов.
Требования, предъявляемые к подвескам:
• оптимальная характеристика жесткости — зависимость между нормальной (перпендикулярно опорной поверхности) нагрузкой на колесо и деформацией (прогибом) подвески, измеряемая как нормальное перемещение центра колеса относительно кузова;
• оптимальная кинематика; работа направляющего устройства подвески при вертикальных перемещениях, крене либо галопировании (продольные угловые колебания) кузова автомобиля вызывает не только вертикальные перемещения колес, но также боковые и угловые перемещения как относительно дороги, так и относительно кузова; • оптимальные характеристики демпфирования — гашение колебаний колес и кузова автомобиля, возникших в результате воздействия главным образом дорожных неровностей; может происходить вследствие трения в некоторых типах упругих элементов и в шарнирах направляющего устройства подвески; • минимальное число не подрессоренных частей; к ним относятся колеса и шины, тормозные механизмы колес, поворотные кулаки, стойки подвески, мосты и т. п.; • хороший контакт колеса с дорогой; при переезде автомобилем на большой скорости выпуклых неровностей (трамплинов) на дорожной поверхности из-за недостаточного хода отбоя подвески, либо большой ее инерционности, возможен отрыв колеса от дороги;
• низкие уровень шума и вибрации; при эксплуатации автомобиля возникают скрипы из-за трения подвески в металлических шарнирах, резиновых опорах и упругих элементах и стуки в шарнирах из-за их изнашивания и образования зазоров; • рациональная компоновочная схема.
1, 3 и 6 — кронштейны; 2 — лонжерон; 4 — шарнир; 5 — амортизатор; 7 и 12 — обоймы концов коренных рессорных листов; 8 и 13 — верхние и нижние опоры; 9 — буфер; 10 — стремянка; 11 — двойной коренной лист; 14 —торцовый упор.
Подвески грузовиков
Продолжение темы о подвесках, использующихся на коммерческом транспорте
При создании грузового автомобиля подвеске уделяется все большее внимание. Ведь от ее совершенства зависят не только плавность хода, но и проходимость машины, безопасность движения, устойчивость, надежность, долговечность грузовика и даже расход топлива.
Как известно, грузовые автомобили работают на дорогах разных категорий: от магистральных автострад до грунтовых дорог в строительных карьерах, не говоря уже о бездорожье. В зависимости от конкретных условий конструктор выбирает величину дорожного просвета машины между поверхностью дороги и нижними точками ходовой части и ее органов. Чем хуже условия, в которых предстоит работать машине, тем просвет должен быть больше, несмотря на некоторые негативные последствия, а именно: повышение центра тяжести, снижение устойчивости и т.д.
На современных грузовых автомобилях можно встретить как зависимые, так и независимые подвески колес. При этом в силу экономической целесообразности наибольшее распространение получили рессорные подвески жестких балок мостов и только на магистральных тягачах в качестве упругих элементов прижились пневмобаллоны. Большее разнообразие конструктивных схем наблюдается на специальных военных машинах, к стоимости которых не предъявляются столь жесткие требования, как у обычных коммерческих грузовиков. На военных машинах можно встретить пружины и торсионы, гидропневматические элементы и стеклопластиковые рессоры, однако не эти транспортные средства будут объектом нашего внимания. Для нас наибольший интерес представляют действительно массовые конструкции. Начнем знакомство с самых характерных из применяемых рессорных подвесок. Оценим их «плюсы» и «минусы».
Чем хороша рессора? Тем, что это уникальное устройство (оно, между прочим, в несколько раз старше самого автомобиля. – Ред.) в подвеске играет сразу едва ли не все роли. Она и упругий элемент, и направляющий аппарат. Ее использование облегчает сборку и ремонт машины. Рессора проста по конструкции и в ремонте, но не лишена и целого ряда серьезных недостатков. К главным из них относятся: высокое межлистовое трение, способное сильно ухудшить плавность хода на хорошей дороге, а также большая материалоемкость в сочетании с технологической сложностью при производстве листов.
Листы для рессор изготавливают из дорогой, высокопрочной стали, содержащей кремний и марганец (55ГС, 55С2, 60С2), а также хром и никель (50ХГ). Чтобы рессоры могли выдерживать высокие, многократно повторяющиеся напряжения, возникающие во время прогиба, на поверхности листов после термообработки не должно быть обезуглероженных участков, трещин и других дефектов, а этого можно добиться только при довольно дорогом технологическом процессе. Предел текучести стали, идущей для изготовления листов рессоры, должен быть не менее 1 150 Н/см 2 . Отсюда и высокая стоимость рессоры.
Рессоры стремятся делать возможно более длинными, поскольку возникающие в них напряжения обратно пропорциональны квадрату длины. При недостаточной длине в коренном листе могут возникнуть большие напряжения, для уменьшения которых кривизну остальных листов делают такой, чтобы они воспринимали часть нагрузки коренного и нескольких следующих за ним листов, разгружая их.
Несмотря на то, что рессоры известны уже несколько столетий, их долговечность, обусловленная начальными напряжениями, сложным напряженным состоянием, динамическим и повторяющимся воздействием разнообразных сил, остается невысокой. По сравнению с торсионами и пружинами рессора работает в менее благоприятных условиях; ее усталостная прочность в 4 раза меньше, чем у торсиона. В настоящее время при эксплуатации в хороших дорожных условиях (асфальтовое покрытие) долговечность рессор магистральных грузовиков составляет 100 – 150 тыс. км пробега, но в плохих условиях (грунтовые дороги, работа на стройках) она падает вдвое и доходит до 10 – 15 тыс. км в случае применения рессор, изготовленных ремонтными предприятиями.
Листы рессоры имеют в свободном состоянии разную кривизну, поэтому уже при сборке в них появляются начальные напряжения (наибольшие в коротких листах). Рессора, являющаяся упругим и направляющим элементом подвески, испытывает изгиб в вертикальной плоскости, прогиб от вертикальных сил, воспринимает продольные силы и их моменты, а также осевое сжатие от продольных сил, изгиб в горизонтальной плоскости от боковых сил и кручение от их моментов. Самым напряженным является коренной лист, поэтому его делают или толще остальных, или для усиления ставят два-три коренных листа.
Для увеличения долговечности рессор применяют некоторые приемы, к которым относятся:
а) разгрузка рессоры от некоторых действующих сил. Для уменьшения скручивания рессоры концы ее заделывают в резиновые опорные подушки, а введением дополнительного упора ограничивают изгибающий момент, действующий на рессору при торможении. Дополнительные тяги (соединяющие мост и раму) в настоящее время устанавливаются на большинстве рессорных передних подвесок, концы рессор при этом крепят к кузову двумя стремянками;
б) уменьшение напряжений в рессоре. Это достигается ограничением средних амплитуд колебаний колеса относительно кузова введением дополнительно упругих элементов (например, резиновых, работающих на старте) и достаточного увеличения сопротивления амортизаторов. Напряжения могут быть уменьшены изменением формы поперечного сечения листов, что вызывает перераспределение нормальных напряжений. Последнее требует пояснения.
В напряженной рессоре верхняя часть сечения работает на растяжение, нижняя – на сжатие. При прямоугольном сечении рессоры расстояние от нейтральной линии до наиболее удаленных точек (верхних и нижних) одинаково, поэтому одинаковы и наибольшие рабочие напряжения – растягивающие и сжимающие. Поломки рессор чаще всего бывают усталостного происхождения. При переменных напряжениях пределы выносливости стали становятся разными: меньшими при растяжении и большими при сжатии. В связи с этим были предложены сечения листов, при которых наибольшие напряжения растяжения меньше, чем наибольшие напряжения сжатия. Если сечение имеет кромки или одну канавку, то нейтральная линия смещается вверх, расстояние до наиболее удаленных точек сечения уменьшается, соответственно падают напряжения расстояния;
в) упрочнение рессоры. Усталостные разрушения рессорного листа начинаются с очагов, возникающих на поверхности, испытывающей растягивающие напряжения, или в углах сечения. В связи с этим широкое применение получило поверхностное упрочнение дробеструйной обработкой часто одного коренного листа со стороны, испытывающей растяжение. Эффект от обдувки значительно повышается при использовании межлистовых прокладок. Межлистовое трение приводит к появлению зон с высокими контактными напряжениями, что в условиях колебаний вызывает задиры на поверхности листов и в конечном счете появление очагов общего разрушения. Это явление ослабляется при введении межлистовых прокладок.
Коррозия в процессе эксплуатации автомобиля значительно ослабляет эффект поверхностного упрочнения. Именно это объясняет то, что некоторые владельцы «Волг» рессоры задней подвески заключают в чехлы. Срок службы рессорной подвески ограничивается в большой степени износом шарниров. Применение резиновых и пластмассовых втулок, устанавливаемых в шарнирах, способно эту проблему снять, но только для не тяжелой техники (обычно до 6 т полной массы).
Недостатком рессор является их линейная характеристика жесткости (т.е. прогиб пропорционален прикладываемому усилию), в то время как желательно иметь прогрессивное увеличение жесткости по мере прогиба. Некоторого изменения жесткости рессоры можно достичь установкой серьги с наклоном (на легких и средних грузовиках) или за счет цилиндрической задней опоры (на тяжелых грузовиках). Но оба способа позволяют реализовать нелинейность лишь в очень малых пределах.
Изменение жесткости рессорной подвески чаще всего достигают введением подрессорника или нижней дополнительной (иногда однолистовой) рессоры, делающей характеристику подвески прогрессивной (жесткость ступенчато увеличивается при ходе колеса вверх).
Трение в рессоре в прошлом позволяло обходиться без специальных амортизаторов в подвеске грузовых автомобилей, что удешевляло машину и упрощало уход за ней. В настоящее время скорости движения грузовиков выросли настолько, что для обеспечения безопасности движения и плавности хода установка амортизаторов стала необходима, так же, как и борьба с трением в листах рессор. Причин две: из-за неблагоприятного закона изменения трения и нестабильности его величины при эксплуатации. При малых толчках, когда сила, передающаяся через рессору, меньше силы трения между листами, рессора «блокируется», неровности компенсируются только шинами, и плавность хода значительно ухудшается. Те же силы трения при колебаниях большой амплитуды не способствуют достаточному их затуханию. У рессор, работающих без смазки, сила трения может достигать 25% от упругой силы рессоры. Для обеспечения хорошей плавности хода автомобиля сила трения не должна превышать 5 – 8%. Замечено, что в грузовых автомобилях с высокой посадкой водителя силы межлистового трения вызывают крайне неприятные колебания головы водителя вдоль продольной оси машины.
Для уменьшения межлистового трения изготовители применяют малолистовые рессоры (в том числе однолистовые переменной толщины и ширины), листы специальной формы, вводят смазку и вставки между листами.
Продолжение темы о подвесках, использующихся на коммерческом транспорте
Устройство зависимой подвески
